Строительная панель, обладающая улучшенной прочностью крепления

Гипсокартонная плита включает гипсовую матрицу, содержащую распределенную в ней полимерную добавку в количестве по меньшей мере 1 масс. % по отношению к гипсу, при этом гипсовая матрица дополнительно содержит первую группу волокон - стеклянные волокна, и вторую группу волокон - целлюлозные волокна, погруженные в нее, где средняя длина волокон первой группы волокон по меньшей мере в три раза превышает среднюю длину волокон второй группы волокон. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. Технический результат - повышение способности панели удерживать крепежные средства, а также повышение прочности панели и снижение её плотности. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к панелям для применения в строительстве зданий. В частности, настоящее изобретение относится к панелям для обеспечения перегородок, к которым могут быть прикреплены такие предметы, как раковины, телевизоры или радиаторы.

Предшествующий уровень техники

Легкие панели, такие как гипсокартонная плита (например, гипсокартон), полистирольная плита и древесноволокнистая плита, обычно применяют для обеспечения перегородок внутри зданий. Их преимущества для такого применения состоят в том, что они легкие и быстрые в установке.

Однако, в некоторых случаях, такие легкие панели могут иметь недостаток, заключающийся в том, что они недостаточно прочные для удержания подвесного имущества (например, раковин, телевизоров, радиаторов, огнетушителей, полок и любых других предметов, требующих крепления к панели). В таких случаях, вес подвесного имущества может стать причиной выдергивания крепежных средств (например, болтов) из панели, вследствие чего подвесное имущество отпадет от перегородки.

Обычно, такую проблему решают путем обеспечения фанерных листов для увеличения прочности крепления панели. В этом случае, фанерный лист располагают на стороне панели, противоположной той, на которой должно быть расположено подвесное имущество. Фанерный лист может обеспечивать увеличенную прочность для удержания одного или более крепежных средств (например, болтов), применяемых для крепления подвесного имущества к панели. Обычно, фанерный лист располагают внутри каркаса перегородки, а гипсокартонную плиту затем крепят к фанере, таким образом, что она находится снаружи каркаса перегородки.

В качестве альтернативы могут быть применены металлические опорные средства. Они могут включать крепежные пластины, каналы, ремни или металлические закрепы. Как и в случае с фанерными листами, металлические опорные средства обычно располагают на стороне панели, противоположной той, к которой должно быть прикреплено подвесное имущество, и они удерживают и закрепляют крепежные средства, например, крепежные болты, применяемые для крепления подвесного имущества к панели.

Недостатком обеих таких конструкций является необходимость прикрепления панелей и дополнительных опорных компонентов друг к другу на месте. Кроме того, при применении металлических опорных средств, может понадобиться множество таких опорных средств для поддержки полного набора крепежных средств, требуемых для крепления подвесного имущества к панели. Таким образом, способ установки может быть трудоемким и дорогостоящим.

Более того, добавление металлических опорных средств или фанерных листов увеличивает вес и толщину перегородки и/или приводит к уменьшению пространства пустотелой стены. Как правило, фанера должна быть вырезана по размеру на месте, что увеличивает время, необходимое для установки и, возможно, приводит к выбросу пыли и потенциально вредных компонентов.

Таким образом, существует необходимость в обеспечении улучшенных панелей, способных удерживать крепежные средства и подвесное имущество, и не требующих трудоемких способов установки.

Краткое описание изобретения

Было обнаружено, что путем включения смеси волокон в состав гипсокартонной плиты, может быть достигнуто улучшение способности панели удерживать крепежные средства. Это может позволить получать более прочные гипсокартонные плиты или более легкие гипсокартонные плиты, обладающие приемлемой прочностью.

Также было обнаружено, что при применении смеси волокон, вязкость суспензии штукатурного гипса может быть уменьшена, что облегчает получение гипсокартонной плиты.

Таким образом, в первом аспекте настоящего изобретения предложена гипсокартонная плита, включающая гипсовую матрицу, содержащую распределенную в ней полимерную добавку, в количестве по меньшей мере 1 масс. % по отношению к гипсу, при этом гипсовая матрица дополнительно содержит первую группу волокон и вторую группу волокон, погруженных в нее, где средняя длина волокон первой группы волокон по меньшей мере в три раза превышает среднюю длину волокон второй группы волокон.

Предпочтительно, средняя длина волокон первой группы волокон по меньшей мере в четыре раза превышает среднюю длину волокон второй группы волокон.

Путем включения более коротких волокон в дополнение к более длинным волокнам, можно увеличить прочность гипсокартонной плиты, избегая увеличения вязкости суспензии штукатурного гипса, применяемой для получения плиты. Чрезмерная вязкость суспензии, как правило, связана с образованием пустот и/или, для того, чтобы избежать этого, с необходимостью уменьшить производительность линии во время получения.

Первая группа волокон может содержать неорганические волокна, такие как стеклянные волокна. Средняя длина стеклянных волокон обычно составляет более 1 мм, предпочтительно более 2 мм, более предпочтительно более 3 мм. В общем, средняя длина стеклянных волокон составляет менее 10 мм, предпочтительно менее 8 мм.

Предпочтительно, стеклянные волокна покрывают клеящим веществом для увеличения их сродства к гипсу, как известно в данной области техники.

Вторая группа волокон может содержать органические волокна, такие как волокна на основе целлюлозы (например, целлюлозные волокна или древесные волокна). Средняя длина волокон на основе целлюлозы обычно составляет более 100 мкм, предпочтительно более 200 мкм. Как правило, средняя длина волокон на основе целлюлозы составляет менее 1,8 мм, предпочтительно менее 1 мм, более предпочтительно менее 800 мкм. В общем, толщина волокон на основе целлюлозы составляет более 10 мкм, предпочтительно более 20 мкм. Обычно толщина волокон на основе целлюлозы составляет менее 60 мкм, предпочтительно менее 40 мкм.

Видимая плотность волокон на основе целлюлозы перед включением в гипсовый продукт обычно составляет менее 250 г/л.

В других вариантах осуществления, органические волокна могут представлять собой, например, полиэтилен, полипропилен или полиэфирные волокна.

Как правило, средняя длина волокон первой группы волокон составляет более 1 мм, предпочтительно более 2 мм, наиболее предпочтительно более 3 мм. В общем, средняя длина волокон первой группы волокон составляет менее 10 мм, предпочтительно менее 8 мм.

Средняя длина волокон второй группы волокон обычно составляет более 100 мкм, предпочтительно более 200 мкм. В общем, средняя длина волокон второй группы волокон составляет менее 1,8 мм, предпочтительно менее 1 мм, более предпочтительно менее 800 мкм.

В общем, толщина волокон второй группы волокон составляет более 10 мкм, предпочтительно более 20 мкм. Обычно, толщина волокон второй группы волокон составляет менее 60 мкм, предпочтительно менее 40 мкм.

Как правило, общее количество первой и второй группы волокон составляет менее 20 масс. % по отношению к гипсовой матрице, предпочтительно менее 15 масс. %, более предпочтительно менее 10 масс. %.

Предпочтительно, количество полимерной добавки, распределенной в гипсовой матрице, составляет по меньшей мере 2 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 3 масс. %.

Обычно, полимерная добавка представляет собой крахмал. Предпочтительно, количество полимерной добавки присутствует составляет менее 20 масс. % по отношению к гипсовой матрице, предпочтительно менее 15 масс. %.

В определенных вариантах осуществления первого аспекта изобретения, гипсокартонная плита содержит облицовочные листы картона. Такие облицовочные листы картона могут содержать как целлюлозные волокна, так и стеклянные волокна, поскольку считается, что это улучшает огнестойкость гипсокартонной плиты. В других случаях, гипсокартонная плита может содержать армирующий мат, частично или полностью погруженный в ее поверхность, например, стекломат.

В некоторых вариантах осуществления первого аспекта изобретения, гипсовая матрица содержит гидрофобную добавку, такую как силиконовое масло или воск.

В некоторых вариантах осуществления первого аспекта изобретения, гипсовая матрица может содержать биоцид.

В некоторых вариантах осуществления первого аспекта изобретения, гипсовая матрица может содержать противоусадочное вещество, такое как нерасширенный вермикулит, микрокремнезем и/или глина, для улучшения огнестойкости продукта.

Некоторые варианты осуществления первого аспекта изобретения могут включать пеноматериал или легкий заполнитель, такой как перлит. Такие добавки известны в данной области техники для получения плит с низкой плотностью, имеющих приемлемую толщину.

Подробное описание изобретения

Изобретение будет далее описано только в качестве примера.

Гипсокартон получали с применением следующего общего способа:

Штукатурный гипс и другие сухие добавки взвешивали в мешке и встряхивали для их смешивания. Воду и влажные добавки взвешивали в чаше. Волокна взвешивали, добавляли к влажным добавкам в чаше и перемешивали электрическим миксером в течение 30 секунд.

Сухие порошкообразные добавки добавляли к влажным добавкам в чаше и перемешивали электрическим миксером в течение 30 секунд.

Полученную суспензию помещали между двумя листами оклеивающего картона и оставляли гидратироваться в течение 25 минут, отмеренных со времени смешивания. Затем плиту сушили в печи в течение 50 минут при 180°С при относительной влажности более 80%.

Пример 1

Гипсокартон получали из следующих ингредиентов:

- штукатурный гипс;

- этилированный крахмал в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса (крахмал предоставлен Grain Processing Corporation под торговым наименованием Coatmaster K57F);

- стеклянное волокно в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина стеклянных волокон составляла 6 мм;

- целлюлозное волокно в количестве 2 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина волокон целлюлозы составляла 500 мкм, а средний диаметр 35 мкм.

Пример 2

Гипсокартон получали из следующих ингредиентов:

- штукатурный гипс;

- этилированный крахмал в количестве 10 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса (крахмал предоставлен Grain Processing Corporation под торговым наименованием Coatmaster K57F);

- стеклянное волокно в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина стеклянных волокон составляла 6 мм;

- целлюлозное волокно в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина волокон целлюлозы составляла 500 мкм, а средний диаметр 35 мкм.

Сравнительный пример 1

Гипсокартон получали из следующих ингредиентов:

- штукатурный гипс;

- этилированный крахмал в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса (крахмал предоставлен Grain Processing Corporation под торговым наименованием Coatmaster K57F);

- стеклянные волокна в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина стеклянных волокон составляла 6 мм.

Сравнительный пример 2

Гипсокартон получали из следующих ингредиентов:

- штукатурный гипс;

- этилированный крахмал в количестве 10 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса (крахмал предоставлен Grain Processing Corporation под торговым наименованием Coatmaster K57F);

- стеклянные волокна в количестве 5 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина стеклянных волокон составляла 6 мм.

Сравнительный пример 3

Гипсокартон получали из следующих ингредиентов:

- штукатурный гипс;

- крахмал в количестве 6 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса (крахмал предоставлен Tate & Lyle под торговым наименованием Merifilm);

- стеклянные волокна в количестве 2 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина стеклянных волокон составляла 6 мм.

Сравнительный пример 4

Гипсокартон получали из следующих ингредиентов:

- штукатурный гипс;

- крахмал в количестве 6 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса (крахмал предоставлен Tate & Lyle под торговым наименованием Merifilm);

- стеклянные волокна в количестве 1 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина стеклянных волокон составляла 6 мм;

- полипропиленовые волокна в количестве 1 масс. % по отношению к количеству штукатурного гипса. Средняя длина полипропиленовых волокон составляла 6 мм.

Прочность на выдергивание болта

Испытания прочности на выдергивание болта проводили на образцах размером 100 мм на 100 мм, которые кондиционировали при температуре 23°С и относительной влажности 50%. В образец вставляли болт для древесины с однозаходной резьбой 50 мм, проходящий через металлический элемент перераспределения нагрузки, расположенный на поверхности образца. Элемент перераспределения нагрузки включает первую часть, которая лежит между головкой болта и поверхностью образца, и вторую часть, которая взаимодействует с испытательной установкой для обеспечения возможности приложения нагрузки к болту вдоль оси болта. Болт затягивали с крутящим моментом 1 Нм.

Затем образец устанавливали в испытательную установку Zwick Universal и подвергали предварительной нагрузке в 10 Н к болту вдоль оси болта. Затем нагрузку увеличивали, устанавливая постоянную скорость поперечины 10 мм/мин, до выдергивания.

Результаты приведены в таблице 1. Они являются средними значениями, каждый взят от 8 образцов.

1. Гипсокартонная плита, включающая гипсовую матрицу, содержащую распределенную в ней полимерную добавку в количестве по меньшей мере 1 масс. % по отношению к гипсу, при этом гипсовая матрица дополнительно содержит первую группу волокон и вторую группу волокон, погруженных в нее, где средняя длина волокон первой группы волокон по меньшей мере в три раза превышает среднюю длину волокон второй группы волокон.

2. Гипсокартонная плита по п. 1, где средняя длина волокон первой группы волокон составляет от 2 до 10 мм.

3. Гипсокартонная плита по п. 1 или 2, где общее количество первой и второй групп волокон составляет менее 20 масс. % по отношению к гипсовой матрице.

4. Гипсокартонная плита по любому из пп. 1-3, где первая группа волокон содержит стеклянные волокна.

5. Гипсокартонная плита по любому из пп. 1-4, где вторая группа волокон содержит целлюлозные волокна.

6. Гипсокартонная плита по п. 5, где длина волокон на основе целлюлозы составляет от 200 мкм до 1,8 мм.

7. Гипсокартонная плита по п. 5 или 6, где толщина волокон на основе целлюлозы составляет от 20 до 60 мкм.

8. Гипсокартонная плита по любому из пп. 1-7, где полимерная добавка представляет собой крахмал.

9. Гипсокартонная плита по любому из пп. 1-8, где количество полимерной добавки составляет менее 20 масс. % по отношению к гипсовой матрице.